Tại sao cần tỉa thưa?

Trong giai đoạn xử lý back-end,bánh xốp (tấm siliconvới các mạch ở mặt trước) cần được làm mỏng ở mặt sau trước khi cắt, hàn và đóng gói tiếp theo để giảm chiều cao lắp gói, giảm thể tích gói chip, cải thiện hiệu suất khuếch tán nhiệt của chip, hiệu suất điện, tính chất cơ học và giảm lượng thái hạt lựu. Mài ngược có ưu điểm là hiệu quả cao và chi phí thấp. Nó đã thay thế quy trình khắc ướt và khắc ion truyền thống để trở thành công nghệ làm mỏng lưng quan trọng nhất.

Tấm wafer mỏng

Làm thế nào để mỏng?

Quy trình chính làm mỏng wafer trong quy trình đóng gói truyền thống

Các bước cụ thể củabánh xốplàm mỏng là để liên kết tấm wafer cần xử lý với màng mỏng, sau đó sử dụng chân không để hấp phụ màng mỏng và chip trên đó vào bàn wafer gốm xốp, điều chỉnh các đường tâm thuyền tròn bên trong và bên ngoài của bề mặt làm việc của Bánh mài kim cương hình cốc đến tâm của tấm bán dẫn silicon, tấm bán dẫn silicon và bánh mài quay quanh trục tương ứng của chúng để mài cắt. Quá trình mài bao gồm ba giai đoạn: mài thô, mài mịn và đánh bóng.

Tấm bán dẫn ra khỏi nhà máy sản xuất tấm bán dẫn được nghiền lại để làm mỏng tấm bán dẫn đến độ dày cần thiết để đóng gói. Khi mài wafer, cần dán băng dính vào mặt trước (Vùng hoạt động) để bảo vệ khu vực mạch điện, đồng thời mặt sau được nối đất. Sau khi mài, tháo băng và đo độ dày.
Các quy trình nghiền đã được áp dụng thành công để chuẩn bị tấm silicon bao gồm mài bàn quay,tấm siliconmài quay, mài hai mặt, v.v. Với sự cải tiến hơn nữa về yêu cầu chất lượng bề mặt của tấm silicon đơn tinh thể, các công nghệ mài mới liên tục được đề xuất, như mài TAIKO, mài cơ học hóa học, mài đánh bóng và mài đĩa hành tinh.

Máy mài bàn quay:

Mài bàn quay (mài bàn quay) là một quá trình mài sớm được sử dụng trong quá trình chuẩn bị tấm wafer silicon và làm mỏng mặt sau. Nguyên lý của nó được thể hiện trong Hình 1. Các tấm silicon được cố định trên các giác hút của bàn xoay và quay được dẫn động đồng bộ bởi bàn xoay. Bản thân các tấm silicon không quay quanh trục của chúng; bánh mài được nạp theo trục trong khi quay ở tốc độ cao và đường kính của bánh mài lớn hơn đường kính của tấm wafer silicon. Có hai loại mài bàn quay: mài chìm mặt và mài tiếp tuyến mặt. Trong quá trình mài chìm mặt, chiều rộng của bánh mài lớn hơn đường kính của tấm wafer silicon và trục chính của bánh mài tiếp tục ăn dọc theo hướng trục của nó cho đến khi phần dư thừa được xử lý, sau đó tấm wafer silicon được quay dưới sự dẫn động của bàn quay; trong quá trình mài tiếp tuyến mặt, bánh mài tiến dọc theo hướng trục của nó và tấm wafer silicon được quay liên tục dưới sự dẫn động của đĩa quay và quá trình mài được hoàn thành bằng cách cấp liệu qua lại (chuyển động qua lại) hoặc cấp liệu leo (đẩy leo).

Hình 1, sơ đồ nguyên lý mài bàn quay (tiếp tuyến mặt)

So với phương pháp mài, mài bàn quay có ưu điểm là tốc độ loại bỏ cao, hư hỏng bề mặt nhỏ và dễ tự động hóa. Tuy nhiên, diện tích mài thực tế (mài chủ động) B và góc cắt θ (góc giữa vòng tròn ngoài của bánh mài và vòng tròn ngoài của tấm bán dẫn silicon) trong quá trình mài thay đổi theo sự thay đổi của vị trí cắt của bánh mài, dẫn đến lực mài không ổn định, khó đạt được độ chính xác bề mặt lý tưởng (giá trị TTV cao) và dễ gây ra các khuyết tật như sập cạnh, sập cạnh. Công nghệ mài bàn quay chủ yếu được sử dụng để xử lý các tấm silicon đơn tinh thể có kích thước dưới 200mm. Sự gia tăng kích thước của tấm silicon đơn tinh thể đã đặt ra yêu cầu cao hơn về độ chính xác bề mặt và độ chính xác chuyển động của bàn làm việc của thiết bị, do đó, việc mài bàn quay không phù hợp để mài tấm silicon đơn tinh thể trên 300mm.
Để nâng cao hiệu quả mài, thiết bị mài tiếp tuyến mặt phẳng thương mại thường sử dụng cấu trúc nhiều bánh mài. Ví dụ, một bộ bánh mài thô và một bộ bánh mài mịn được trang bị trên thiết bị, bàn quay quay một vòng tròn để lần lượt hoàn thành quá trình mài thô và mài mịn. Loại thiết bị này bao gồm G-500DS của Công ty GTI của Mỹ (Hình 2).

Hình 2, Thiết bị mài bàn quay G-500DS của hãng GTI Hoa Kỳ

Mài xoay wafer silicon:

Để đáp ứng nhu cầu chuẩn bị tấm wafer silicon kích thước lớn và xử lý làm mỏng mặt sau, đồng thời đạt được độ chính xác bề mặt với giá trị TTV tốt. Năm 1988, học giả Nhật Bản Matsui đã đề xuất phương pháp mài quay tấm wafer silicon (nghiền trong nguyên liệu). Nguyên lý của nó được thể hiện trong Hình 3. Bánh mài silicon đơn tinh thể và bánh mài kim cương hình cốc được hấp phụ trên bàn làm việc quay quanh trục tương ứng của chúng và bánh mài được nạp liên tục dọc theo hướng trục cùng một lúc. Trong số đó, đường kính của bánh mài lớn hơn đường kính của tấm wafer silicon đã qua xử lý và chu vi của nó đi qua tâm của tấm wafer silicon. Để giảm lực mài và giảm nhiệt mài, cốc hút chân không thường được cắt thành hình lồi hoặc lõm hoặc góc giữa trục quay của bánh mài và trục trục của cốc hút được điều chỉnh để đảm bảo mài bán tiếp xúc giữa bánh mài và tấm silicon.

Hình 3, Sơ đồ nguyên lý mài quay wafer silicon

So với mài bàn quay, mài quay wafer silicon có những ưu điểm sau: ① Mài wafer một lần một lần có thể xử lý các tấm silicon kích thước lớn trên 300mm; ② Diện tích mài thực tế B và góc cắt θ không đổi, lực mài tương đối ổn định; ③ Bằng cách điều chỉnh góc nghiêng giữa trục bánh mài và trục tấm silicon, hình dạng bề mặt của tấm silicon đơn tinh thể có thể được kiểm soát tích cực để đạt được độ chính xác hình dạng bề mặt tốt hơn. Ngoài ra, diện tích mài và góc cắt θ của mài quay wafer silicon còn có ưu điểm là mài biên lớn, dễ dàng phát hiện và kiểm soát độ dày và chất lượng bề mặt trực tuyến, cấu trúc thiết bị nhỏ gọn, mài tích hợp nhiều trạm dễ dàng và hiệu quả mài cao.
Để nâng cao hiệu quả sản xuất và đáp ứng nhu cầu của dây chuyền sản xuất chất bán dẫn, thiết bị mài thương mại dựa trên nguyên lý mài quay wafer silicon áp dụng cấu trúc nhiều trạm nhiều trục chính, có thể hoàn thành mài thô và mài mịn trong một lần nạp và dỡ tải . Kết hợp với các thiết bị phụ trợ khác, nó có thể thực hiện quá trình mài hoàn toàn tự động các tấm silicon đơn tinh thể "khô/khô" và "từ băng cassette sang băng cassette".

Mài hai mặt:

Khi quá trình mài quay của tấm wafer silicon xử lý bề mặt trên và dưới của tấm wafer silicon, phôi cần phải được lật lại và thực hiện theo các bước, điều này làm hạn chế hiệu quả. Đồng thời, quá trình mài quay wafer silicon có lỗi sao chép (sao chép) và vết mài (dấu mài) bề mặt và không thể loại bỏ một cách hiệu quả các khuyết tật như độ gợn sóng và độ côn trên bề mặt của wafer silicon đơn tinh thể sau khi cắt dây (máy cưa đa năng), như trên Hình 4. Để khắc phục những khuyết điểm trên, công nghệ mài hai mặt (doublesidegrinding) xuất hiện vào những năm 1990, và nguyên lý hoạt động của nó được thể hiện trên Hình 5. Các kẹp phân bố đối xứng trên cả hai mặt các bên kẹp tấm wafer silicon đơn tinh thể vào vòng giữ và quay từ từ do con lăn điều khiển. Một cặp bánh mài kim cương hình chiếc cốc nằm tương đối ở hai bên của tấm wafer silicon đơn tinh thể. Được dẫn động bởi trục chính điện mang không khí, chúng quay theo hướng ngược nhau và tiến theo trục để đạt được khả năng mài hai mặt của tấm wafer silicon đơn tinh thể. Như có thể thấy trong hình, mài hai mặt có thể loại bỏ hiệu quả độ gợn sóng và độ côn trên bề mặt của tấm wafer silicon đơn tinh thể sau khi cắt dây. Theo hướng bố trí trục bánh mài, mài hai mặt có thể là ngang và dọc. Trong số đó, mài hai mặt theo chiều ngang có thể làm giảm hiệu quả ảnh hưởng của biến dạng tấm silicon do trọng lượng chết của tấm silicon đến chất lượng mài và dễ dàng đảm bảo rằng các điều kiện trong quá trình mài ở cả hai mặt của tấm silicon đơn tinh thể wafer là như nhau, và các hạt mài mòn và chip mài không dễ dàng lưu lại trên bề mặt của wafer silicon đơn tinh thể. Đó là một phương pháp mài tương đối lý tưởng.

Hình 4, “Lỗi sao chép” và các khuyết tật về vết mòn trong quá trình mài xoay tấm wafer silicon

Hình 5, sơ đồ nguyên lý mài hai mặt

Bảng 1 cho thấy sự so sánh giữa quá trình mài và mài hai mặt của ba loại tấm silicon đơn tinh thể trên. Mài hai mặt chủ yếu được sử dụng để xử lý tấm wafer silicon có kích thước dưới 200mm và có năng suất tấm wafer cao. Do sử dụng bánh mài mài mòn cố định, việc mài tấm silicon đơn tinh thể có thể đạt được chất lượng bề mặt cao hơn nhiều so với mài hai mặt. Do đó, cả mài quay wafer silicon và mài hai mặt đều có thể đáp ứng yêu cầu chất lượng xử lý của các tấm silicon 300mm chính thống và hiện là phương pháp xử lý làm phẳng quan trọng nhất. Khi lựa chọn phương pháp xử lý làm phẳng tấm wafer silicon, cần xem xét toàn diện các yêu cầu về kích thước đường kính, chất lượng bề mặt và công nghệ xử lý tấm wafer đánh bóng của tấm wafer silicon đơn tinh thể. Việc làm mỏng mặt sau của tấm wafer chỉ có thể chọn phương pháp xử lý một mặt, chẳng hạn như phương pháp mài quay tấm wafer silicon.

Ngoài việc lựa chọn phương pháp mài trong mài wafer silicon, cũng cần xác định lựa chọn các thông số quy trình hợp lý như áp suất dương, kích thước hạt của bánh mài, chất kết dính của bánh mài, tốc độ của bánh mài, tốc độ của wafer silicon, độ nhớt của chất lỏng mài và tốc độ dòng chảy, v.v., và xác định lộ trình xử lý hợp lý. Thông thường, quy trình mài phân đoạn bao gồm mài thô, mài bán hoàn thiện, mài hoàn thiện, mài không tia lửa và lùi chậm được sử dụng để thu được các tấm silicon đơn tinh thể có hiệu suất xử lý cao, độ phẳng bề mặt cao và độ hư hỏng bề mặt thấp.